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Perfectionnements apportés aux dispositifs permettant de moduler la tension aux bornes d'un appareil consommateur de courant électrique.
La présente invention est relative à un dispositif per- mettant de moduler la tension aux bornes d'un appareil consom- mateur de courant électrique alimenté de courant continu par une source de courant dont la tension présente en fonction du temps une variation autre que la variation voulue.
Un cas particulier constitue le maintien à une valeur constante de la tension aux bornes d'un appareil consommateur alimenté sous une tension variable par une source de courant. Ce ces se présente dans un appareil à rayons X dans lequel on uti-
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lise comme source de courant un condensateur chargé. Comme on le sait, entre autres par le brevet français No.838395,, on peut utiliser pour maintenir constante la tension de l'appareil consommateur (tube à rayons X) une triode à vide poussé qui est connectée en série avec l'appareil consommateur, c'est-à-dire du côté positif de celui-ci.
La tension de grille de cette trio- de est rendue dépendante de la tension existant au tube à rayons X de manière à contrarier une variation de cette dernière tension sous l'effet de la variation de tension de la source de courant.
Suivant ce procédé, on utilise un Doyen permettant de con- vertir de faibles variations de la tension aux bornes de l'ap- pareil consommateur en des variations assez considérables de la tension de grille de la triode de réglage. On y parvient, selon le brevet mentionné plus haut, en intercalant dans le circuit de grille une source de tension constante qui contrarie la ten- sion amenée par l'appareil consornmateur au circuit de grille.
La différence entre ces tensions constitue la tension de grille de la triode de réglage et varie à mesure que la tension de l'ap- pareil consommateur varie, mais proportionnellement à un degré plus fort que celle-ci.
Du fait qu'il est difficile d'obtenir une tension de com- pensation assez élevée pour ne différer que légèrement de la tension aux bornes du tube à rayons X, on a branché dans le cas précité, à l'aide d'un potentiomètre, une certaine partie de la tension aux bornes du tube à rayons X, de manière qu'une source de tension ayant une tension beaucoup plus basse puisse suffire.
Il en résulte l'inconvénient qu'on n'applique à la grille qu'une partie proportionnelle des variations de tension, de sorte que le réglage est rendu moins sensible que si l'on avait appliqué à la grille de la triode de réglage la différence qui existe en- tre la tension totale aux bornes du tube à rayons X et une ten- sion de compensation constante. Pour supprimer ce désavantage, on a proposé (voir le brevet français No.849431) d'amener les
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variations de tension non pas directement, mais par l'intermédiai- re d'un amplificateur à la grille de la triode de réglage.
La présente invention a pour but de supprimer un ampli- ficateur dans un dispositif du genre précité, servant à la trans- mission directe des variations de tension totales de la tension aux bornes de l'appareil consommateur à la tension de grille de la triode de réglage, et cela tout en évitant des appareils compli- qués et coûteux destinés à engendrer une haute tension de compen- sation constante. Elle permet non seulement de travailler avec une triode de réglage dont les propriétés doivent satisfaire à des exigences moins sévères que dans les dispositifs de ce genre pro- posés jusqu'ici, mais elle permet également de faire varier avec le temps la tension aux bornes d'une manière qu'on peut choisir arbitrairement dans certaines limites.
Le moyen d'atteindre ce but est, suivant l'invention, un dispositif (appelé ci-après "modulateur") laissant passer indépen- damment de la tension appliquée un courant qui présente en fonction du temps la même variation que la tension voulue aux bornes du con- sommateur et qui est alimenté par la source de courant elle-même.
Une résistance est connectée en série avec ce dispositif du côté négatif de celui-ci, résistance sur laquelle on prend la composan- te positive de la tension de grille de la triode de réglage.
La composante négative est alors constituée par la ten- sion totale aux bornes de l'appareil consommateur, augmentée éven- tuellement d'une faible perte de tension produite dans la connexion de celui-ci avec la borne négative de la source de courant, de sor- te que la grille de la triode de réglage reçoit les variations to- tales se produisant dans cette tension, d'où il résulte un réglage très rigide.
Un tube à décharges à vide poussé contenant une cathode à incandescence peut servir de modulateur. Si l'on désire une tension aux bornes constante, on peut utiliser une diode saturée. On peut lors régler dans certaines limites à une valeur constante voulue
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la tension aux bornes de l'appareil consommateur par un choix con- venable du courant de chauffage de la cathode de cette diode.
Un tube contenant une grille-écran peut également rendre de bons services. Si l'on applieue à cette grille une tension po- sitive constante à l'aide d'une source de tension distincte, on peut également obtenir un courant qui est indépendant de la tension anodique sur une étendue considérable. A l'aide d'un tel tube à décharges il est également très simple de faire varier avec le temps suivant une fonction prédéterminée, la variation de la tension aux bornes. On engendre à cette fin "à échelle réduite", c'est-à-dire dans un circuit auxiliaire à faible puissance, une tension qui va- rie avec le temps de la manière voulue pour la tension aux bornes de l'appareil consommateur et qu'on utilise comme tension de com- mande pour le tube.
On peut obtenir des résultats très satisfai- sants en munissant le montage d'une pentode. On peut également uti- liser un tube de ce genre pour l'obtention d'un courant constant et pour la mise en et hors circuit de ce dernier.
Il est avantageux de relier au circuit principal le tube à décharges servant de modulateur et placé entre la triode de régla- ge et l'appareil consommateur, c'est-à-dire dune façon-telle-que le courant du modulateur tràverse la triode de réglage. Le modula- teur possède alors une tension anodique qui est au maximum aussi élevée que la tension de grille de la triode de réglage. Le tube n'exige alors qu'une tension de grille assez faible et peut donc être d'une construction plus simple que s'il était relié directe- ment à la borne positive de la source de courant.
La description des dessins annexés fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui res- sortent tant du texte que des dessins faisant, bien entendu, partie de l'invention.
Les Figs. 1, 2 et 4 représentent des schémas de connexions simplifiés de trois modes de réalisation de dispositifs suivant l'invention, c'est-à-dire d'appareils à rayons X.
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La fige 3 représente un diagramme servant à expliquer le dispositif représenté sur la fig. 2.
La fig. 1 représente une source d'alimentation constituée par deux condensateurs égaux 1 et 2 qu'on charge dans un montage, système Greinacher, par l'intermédiaire de redresseurs 3 et 4, à l'aide d'un transformateur 5.
Les condensateurs se déchargent aussitôt que cela leur est rendu possible de la manière qu'on décrira ci-après, par l'in- termédiaire du tube 7 à rayons X. Du côté positif ce dernier est connecté en série avec une triode de réglage 6 et du côté négatif avec une seconde triode 8. La tension des condensateurs diminue pendant la décharge. Si le transformateur 5 reste alors en circuit, la tension diminue jusqu'à l'obtention de l'équilibre entre les charges prises et les charges cédées au tube à rayons X par pério- de du courant alternatif. Si le transformateur est mis hors circuit pendant la charge du tube à rayons X, la batterie de condensateurs se décharge complètement à moins que le courant de décharge soit interrompu d'une manière quelconque.
La batterie de condensateurs alimente encore un second circuit constitué par une diode 9 et une résistance 10. La grille de la triode de réglage 6 est reliée à l'extrémité positive de la résistance 10. De la sorte, il se produit entre la grille et la cathode de la triodede réglage une tension représentant la dif- férence entre la tension qui existe aux bornes de la résistance 10 et la tension du tube à rayons X et de la triode 8. Par un choix convenable de la résistance 10 et de la pénétration au courant de la diode 9, on ajuste cette tension de grilleà une valeurà la- quelle la tension disponible se distribue en proportion voulue sur la triode de réglage et sur la partie restante du circuit.
Si son courant de chauffage possède une valeur convenable, la diode laisse passer un courant qui est presque indépendant de la tension dans des limites déterminées. Ce courant peut être une
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fraction seulement du courant passant dans le tube à rayons X et il ne doit pas prendre beaucoup d'énergie sur les condensateurs.
Du fait qu'il est constant, il produit dans la résistance 10 une perte de tension constante. On obtient ainsi la composante positi- ve constante de la tension de grille de la triode de réglage 6.
Contrairement aux dispositifs connus à rayons X comportant une triode de réglage pour maintenir constante la tension du tube, dans le dispositif suivant l'invention les variations totales de cette tension sont transmises directement à la tension de grille de la triode de réglage 6, de sorte que dans la plupart des cas on peut supprimer l'amplification des variations de tension prises sur le tube à rayons X. Bien que cela exige une tension de compen- sation positive du même ordre de grandeur que la tension qui exis- te au tube à rayons X, c'est-à-dire de plusieurs dizaines de kilo- volts, on obtient cette tension suivant.l'invention par des moyens très simples.
A mesure que les condensateurs se déchargent davantage, la différence qui existe entre la tension d'alimentation et la chute de tension dans la résistance 10, c'est-à-dire la tension à la diode- 9, décroît. Enfin elle devient assez basse pour que le courant de saturation ne puisse être maintenu plus longtemps et que le courant traversant la résistance 10 doive diminuer. Dès que cet état s'établit, la tension du tube à rayons X diminue rapidement.
Cette diminution peut être encore contrariée pendant quelque temps en branchant un condensateur 11 en parallèle avec la résistance 10.
Ce condensateur pourvoit au manque de courant, aussitôt que la diode 9 commence à fournir moins de courant et reta.rde ainsi le moment où la tension du tube commence à diminuer rapidement. On utilise de cette manière la partie maximum possible de l'énergie disponible. A cette fin, le produit de la résistance 10 et de la capacité 11 doit être élevé par rapport au retard voulu. Il est évident que, malgré ce retard, on ne peut pas complètement main- tenir la valeur ajustée d.e la tension aux bornes jusqu'au moment
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où la tension des condensateurs 3..et:.4 est devenue égale à cette va- leur.
Lorsque le condensateur 11 a une capacité suffisamment élevée il peut encore pourvoir au manque de courant qui se pro- duit si à la fin de la période de charge un courant de grille s'é- coule à travers la grille de la triode 6, courant qui est prélevé sur le courant traversant la diode 9.
La triode 8 est un tube séparateur et sert, comme on le sait (voir brevet français n 857129) à maintenir, aussi longtemps que le tube à rayons X n'est pas en charge, une grande différence de potentiel entre la cathode du tube à rayons X et la borne néga- tive de la source de courant. Elle peut être un tube fonctionnant avec une décharge à arc de sorte que, une fois qu'un courant passe, la perte de tension produite dans ce tube est négligeable par rap- port à la tension qui existe au tube à rayons X. On peut utiliser ce tube pour la mise en circuit du courant dans le tube à rayons X.
Aussi longtemps que ce courant ne doit pas encore s'écouler, on peut appliquer une tension négative à la grille du tube 8 et au moment où la prise de la radiographie doit commencer, augmenter le potentiel de grille. On a besoin pour cela d'un dispositif capable de ponter une grande différence de potentiel, car la cathode du tube 8 n'aurait ordinairement pas de potentiel de terre.
La comman- de des commutateurs nécessaires peut aussi s'effectuer à distance, sans intermédiaire de connexions matérielles, par exemple au moyen de rayons lumineux agissant sur une cellule photo-électrique. Pour le courant de chauffage de la diode 9, qui doit être réglable afin de pouvoir ajuster la tension aux bornes du tube à rayons X, on a également besoin d'un transformateur séparateur ou d'un autre dis- positif permettant de ponter la tension élevée que possède la ca- thode de la diode par rapport à la terre.
Le circuit de la résistance 10 comprend un indicateur de
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courant 12 qui est étalonné en kilovolts et indique la tension qui sera reçue par le tube à rayons X, aussitôt que le courant sera fermé. Ceci est possible, du fait que cette tension est proportion- nelle au courant passant par la résistance 10. L'indicateur se trou ve à un endroit du circuit où ce dernier est relié à la terre.
Dans le présent mode de réalisation cet endroit est le milieu élec- trique du circuit, de sorte qu'on peut monter l'indicateur sur un tableau de distribution. L'indicateur est également relié au cir- cuit de l'appareil consommateur, qui est parcouru par un courant qui, du moins lors de la prise de la radiographie, est beaucoup de fois plus levé que le courant traversant la résistance 10.
Pour protéger l'indicateur contre ce courant fort, des moyens des- tinés à réduire sa sensibilité, par exemple un dispositif de court- circuit, peuvent être reliés aux moyens destinés à la mise en cir- cuit du courant passant par le tube à rayons X. Lorsqu'on utilise l'appareil pour la radioscopie, pour laquelle le tube à rayons X n'est parcouru que par un faible courant, on peut utiliser l'indi- cateur 12 comme un milliampèremètre pour ce courant et on peut pré- voir dans ce but une seconde échelle étalonnée en milliampères.
Un exemple d'un domaine dans lequel on peut avantageuse- ment utiliser l'invention est celui de la prise de radiographies qui se succèdent les unes aux autres à courts intervalles réguliers, par exemple des prises de vues cinématographiques. Il est alors nécessaire, si l'on travaille avec une tension.alternative ou avec une tension ondulée obtenue par redressement, que le film photo- graphique soit chaque fois exposé pendant un temps où la tension diffère légèrement de la valeur maximum. On peutsatisfaire à cette condition en utilisant un commutateur à rotation synchrone fonction- nant dans le circuit de la grille d'une triode qui ferme chaque fois en phase correcte le courant passant par le tube à rayons X, ce qui est connu en soi.
En utilisant l'invention on peut alors également obtenir, que pendant les périodes d'exposition, la tension
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qui existe au tube à rayons X augmente rapidement jusqu'à une va- leur qui est optimum pour l'effet photographique qu'on désire et conserve cette valeur jusqu'à l'expiration de la durée de la prise de vue, même si la tension d'alimentation, qui varie par exemple d'une manière sinusoïdale avec le temps, présente entretemps une grande variation.
La fig. 2 représente le schéma des connexions d'un appa- reil à rayons X qui fonctionne de la manière décrite plus haut.
Dans ce cas la source de courant 20 est supposée fournir une ten- sion continue ondulée, obtenue par un redressement biphasé de ten- sion alternative. Cette tension est représentée sur la fig. 3 en fonction du temps par la courbe a. Comme sur la fige 1, une triode de réglage 6 est connectée en série avec le tube 7 à rayons X du côté positif de celui-ci. Une pentode 13 dont le courant anodique est fourni par la source de courant 20 elle-même sert de modulateur.
La grille-écran 17 de ce tube est maintenue à un potentiel positif par rapport à la cathode au moyen d'une source de tension auxiliai- re 14-et de potentiomètres 15 et 16. Le courant est modulé à l'ai- de de la grille de commande 18. En vue des différences individuel- les entre les tubes utilisés, il est désirable de donner à la gril- le de commande une faible tension de polarisation qu'on peut pren- dre sur la résistance 10 en munissant cette dernière d'une dériva- tion réglable 21. On évite ainsi des perturbations provenant de modifications éventuelles de la résistance 10 par suite de fluctua- tions de température. Si la grille de commande 18 est reliée à un point du potentiomètre 16 qui présente un potentiel négatif suffi- sant par rapport à la cathode, le tube 13 ne laisse passer aucun. courant.
La résistance 10 et, par suite, le tube 7 à rayons X sont presque exempts de tension. Si, au contraire, on relie la grille de commande à un point du potentiomètre 16 dont le potentiel est suffisamment plus élevé, le tube 13 peut laisser passer du courant.-
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Dans le circuit de grille de la triode 6 devient alors active une composante de tension positive, c'est-à-dire la tension qui existe aux bornes de la résistance 10, entre l'extrémité négative et la dérivation réglable 22 à laquelle est reliée la grille du tube 6., De la sorte la triode 6 laisse passer du courant et la mi- se en charge du tube 7 à rayons X commence. On peut la terminer en réétablissant l'état précédent dans le circuit de la grille de com- mande du tube 13.
Sur la fig. 2, la grille de commande 18 est reliée au bras d'un commutateur 19 qui tourne de manière à être synchrone avec la tension alternative alimentant l'appareil et qui relie alternati- vement la grille 18 àl'extrémité du potentiomètre 16 qui est fort négative par rapport à la cathode et à un point réglable de ce po- tentiomètre qui possède un potentiel plus élevé.
Si l'on suppose que la durée des intervalles pendant laquelle la grille de comman- de est positive est tl, et que la durée des intervalles pendant laquelle elle est négative est t2, et si en adoptant une vitesse de rotation convenable du commutateur 19 on prend soin que la somme des intervalles tl + t2 soit un entier nombre d'alternances n de la tension alternative, par exemple trois, ainsi qu'il est représenté sur la fig. 3, on peut prendre, si la fréquence de la tension alternative est représentée par f, 2f prises de vue par n seconde; pendant la durée tl, le film photographique doit être en repos et pendant la durée t2 peut s'effectuer le changement des surfaces d'image, c'est-à-dire l'escamotage du film.
Si la durée tl n'est pas trop longue et la tension de grille 18 n'est pas trop élevée, et si la phase est ajustée correctement, le tube 7 à rayons X acquiert une tension qui présente en fonction du temps la même forme rectangulaire que la tension de la grille 18 repré- sentée par b sur la fig. 3.
Si l'on choisit pour la tension de la grille 18 une cour- be arbitraire, elle se manifeste dans la forme de la courbe de la tension aux bornes de l'appareil consommateur 7, à condition que
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cette tension doive naturellement toujours conserver une valeur plus basse que la tension de la source d'alimentation, car le cou- rant passant par la résistance 10 s'ajuste à une valeur telle que la chute de tension produite dans la partie de cette résistance entre la cathode du tube 13 et la dérivation 22 est approximative- ment égale à la composante positive fournie par l'appareil 14.
La tension aux bornes de l'appareil consommateur 7 est donc dans des limites déterminées proportionnelle à la composante positive de la tension de grille du tube 13, telle qu'on la choisit, par exem- ple, . l'aide des potentiomètres 15 et 16. On expliquera plus en détail ce fonctionnement en se référant à la fig. 4.
On peut aisément obtenir, pour ce qui est de leur valeur, les tensions de grille que doit fournir l'appareil 14, parce que le modulateur 13 entre la triode 6 et l'appareil consommateur 7 est reliée au circuit principal. En conséquence, la tension anodique du tube 13 est au maximum égale à la tension de grille de la triode 6 et celle-ci est à son tour une fraction de la tension élevée que fournit la source 20.
Le procédé illustré sur la fig. 2 permettant d'obtenir une composante positive réglable arbitraire de la tension de grille du tube présente l'inconvénient que les organes de réglage servant au réglage de la tension se trouvent à un potentiel élevé par rapport à la terre s'il y a une grande différence de potentiel entre la bor- ne positive du consommateur et la terre. S'il est nécessaire de - faire varier ou d'ajuster à plusieurs reprises une grandeur électri- que, il convient d'utiliser pour cela des appareils de réglage qui possèdent un bas potentiel par rapport à la terre, de sorte qu'ils peuvent être montés sur un tableau de distribution.
Dans le cas considéré ce n'est pas le cas pour le potentiomètre, car dans ce dernier il faut séparer les organes servant à la commande et les organes de contact au moyen d'organes en matière isolante qui trans- mettent le mouvement des premiers aux derniers. En cas de variations qui doivent être effectuées très rapidement, ceci est un grand in-
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convénient en raison de l'inertie de ces organes de connexion. Pour obvier à cet inconvénient, on peut utiliser des cellules photoélec- triques pour transmettre ainsi, par l'intermédiaire de moyens im- matériels, le mouvement des organes de commande aux organes de con- tact et ponter la grande différence de potentiel qui existe entre la terre et la grille.
Un autre moyen d'obvier au dit inconvénient et de porter le dispositif de réglage au niveau du potentiel de la terre sera expliqué à l'aide d'un mode de réalisation dont la fig. 4 représen- te le schéma des connexions. Ce moyen consiste à faire fournir la composante positive de la tension de grille du tube 13 à grille de commande (qui est donc un tube contenant une ou plusieurs grilles entre la cathode et.l'anode) par un transformateur comportant un dispositif redresseur et d'aplatissement, et présentant, du côté primaire, qui est isolé pour la haute tension par rapport au se- condaire de manière qu'il puisse être relié à la terre, un dis- positif destiné au réglage de la tension induite dans l'enroule- ment secondaire.
Dans le dispositif représenté sur la fig. 4, la composan- te positive de la tension de grille du tube 13 est fournie par un transformateur comportant un enroulement primaire 23 et un enrou- lement secondaire 24 auquel sont reliés un redresseur 25, ses con- densateurs 26 et 27 et les bobines de réactance 28 et 29. Les con- densateurs et les bobines de réactance servent à éliminer autant que possible l'ondulation de la tension redressée. Le fonctionne- ment du tube 13 qui, comme sur la fig. 2, .est une pentode, est identique à celui du mode de réalisation expliqué avec référence à cette dernière figure.
Si l'on désigne le courant qui parcourt le tube 13 par 1 et la résistance entre la cathode de ce tube et la dérivation 21 par r, la composante négative de la tension de grille du tube 13 est égale à ir. Quand 1 croît, cette composante négative augmente,
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ce qui contrarie, cependant, l'accroissement de i. Il s'établit donc un certain équilibre pour lequel ir est approximativement égal à e, qui est la tension du condensateur 27. La différence entre ir et e constitue la tension de grille pour laquelle le tube 13 fonc- tionne. On peut donner à la tension e une valeur assez élevée pour que, pour un emplacement convenable de la dérivation à la résistan- ce 10, la tension de grille par rapport à e soit négligeable.
La tension e peut être, par exemple, de quelques centaines de volts, tandis que le tube fonctionne sous une tension de grille négative de quelques volts seulement.
Lorsqu'on suppose que la résistance totale 10 est égale à R, il est possible, comme i¯e/r, d'écrire avec une assez grande précision i R = e R/r pour la composante positive de la tension de grille du tube 6. Le courant qui parcourt le tube 6 s'ajoute égale- ment à une valeur pour laquelle les deux composantes de la tension de grille du tube 6 deviennent égales l'une à l'autre à une faible valeur près. Par conséquent, la tension du tube 7 à rayons X est approximativement égale à e R/r. Elle n'est pas dépendante de la gran- deur de la résistance 10, pourvu que le rapport qui existe entre la résistance de la partie dérivée et la résistance totale demeure constant. Dans ce montage, une variation de la résistance prove- nant de variations de température n'affecte donc nullement la ten- sion aux bornes qu'il s'agit de moduler.
Cette dernière est appro- ximativement proportionnelle à la tension du condensateur 27. De même, la valeur àlaquelle on ajuste la tension est moins dépendan- te de la caractéristique du tube que si la tension de grille ne possédait pas une composante prise sur la résistance 10.
Le circuit primaire du transformateur 23, 24 est isolé pour la haute tension par rapport au circuit secondaire et peut donc être relié à la terre. Il comprend un dispositif quelconque destiné au réglage de la tension induite dans l'enroulement secon-
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daire. On peut utiliser, par exemple, un dispositif permettant de faire varier la tension primaire du transformateur, ce qui est illustré schématiquement par le dessin. L'enroulement primaire 23 reçoit alors sa tension, par l'intermédiaire d'un diviseur de tension 31, d'un autotransformateur 32 qui est relié au sec- teur à courant alternatif par l'intermédiaire d'un commutateur 33.
Si l'on déplace le diviseur de tension vers l'extrémité de l'enrou- lement 32, la tension primaire du transformateur 23, 24 et, en conséquence, la tension du condensateur 27 augmente et la tension du tube 7 à rayons X s'ajuste également à une valeur plus élevée.
Si l'on déplace le diviseur de tension 31 dans le sens inverse, la tension du condensateur 27 diminue, du fait que ce dernier peut se décharger par l'intermédiaire de la résistance 34 jusqu'à ce que sa tension soit égale à celle qui est fournie alors par le trans- formateur. A l'aide du diviseur de tension 31, qui ne présente qu' une faible tension par rapport à la terre et qu'on peut donc mon- ter avec d'autres appareils de réglage et instruments de mesure sur un tableau de distribution, on peut régler la tension du tube à rayons X et, comme cette tension n'est pas dépendante de la gran- deur absolue de la résistance 10,mais dépend seulement de la ten- sion du condensateur 27, une position déterminée du diviseur de tension 31 correspond toujours à la même valeur de la tension aux bornes qu'on désire moduler.
On peut aussi obtenir le réglage d'une autre manière, par exemple par modification du nombre des spires de l'enroulement primaire 23. Il peut être effectué par tout dispositif de réglage rapide voulu sans rencontrer des difficultés provenant de phénomè- nes d'inertie.